Desain dan Implementasi Prototipe SistemOtomasi Pencelup Mould Bag
Jurnal Reka Elkomika
2337-439X Juli 2014
Jurnal Online Institut Teknologi Nasional
©Teknik Elektro | Itenas | Vol.2 | No.3
Desain dan Implementasi Prototipe
SistemOtomasi Pencelup Mould Bag
R. MULTISARI, M. ICHWAN, H.H.RACHMAT
1. Jurusan Teknik Elektro, Institut Teknologi Nasional (Itenas) Bandung
2. Jurusan Teknik Informatika, Institut Teknologi Nasional (Itenas) Bandung
Email: hendi.hr@gmail.com
ABSTRAK
Pada penelitian ini diimplementasikan prototipe sistem otomatis pencelup cetakan karet
bladder sphygmomanometer (mould bag) untuk menggantikan sistem manual guna
mengurangi persentase kegagalan produksi yaitu 35% dari setiap satu produksi 20 buah
mould bag. Pada sistem ini, pneumatic air hydro, cylinder tank, speed control dan dua
solenoid valve digunakan untuk mengatur waktu, jarak dan kecepatan pencelupan pengait
mould bag (shaft) ke dalam cairan latex agar bergerak halus, cepat dan kokoh selama
melaksanakan prosedur standar produksi. Penyaluran oli dan udara antara peneumatic air
hydro dan cylinder tank dimanfaatkan untuk menggerakkan shaft secara vertikal melalui
pengaturan dua solenoid valve menggunakan smart relay.Kecepatan pergerakan shaft
dikontrol melalui pengaturan jumlah putaran pneumatic speed control. Hasil pengujian
menunjukkan bahwa pneumatic air hydro dengan diameter cylinder=140 mm dan tinggi
cylinder=114 cm diperlukan untuk merealisasikan sistem pencelup mould bag dengan berat
beban total ±9 ton. Pneumatic speed control harus diputar 10 putaran untuk menggerakkan
shaft sejauh 80cm (t=10detik) dan 4 putaran untuk menggerakkan shaft sejauh 20 cm
(t=20detik). Sistem dapat dikembangkan untuk melaksanakan seluruh prosedur produksi
secara otomatis (termasuk otomatisasi speed controller) agar menghasilkan karet bladder
dengan ketebalan yang ditentukan.
Kata kunci: karet bladder, mould bag, otomatis, prototipe, sistem pencelup
ABSTRACT
A prototipe of an automatic bladder mould of sphygmomanometer (mould bag) dipping
system was implemented in this research to change a manual system in order to minimize a
production failure percentage of 35% from each production of 20 mould bags.Pneumatic air
hydro, cylinder tank, pneumatic speed control and two solenoid valves were used to control
time, length and speed of a mould bag hook (a shaft) into latex liquid with smooth
movement, fast response and tough contruction during conducting a standard production
procedure.Theair and oil flows between pneumatic air hydro and cylindertank was controlled
by smart relay-based solenoid valves to move the shaft vertically.Furthermore, the shaft
speed was adjusted by the speed controller. The results showed that the pneumatic air
hydro with diameter and length cylinder of 140 mm and 114 cm, respectively, is required to
implement the dipping system to hold a total weight of ±9 ton. The speed control should be
rotated of 10 rotations and 4 rotations to move the shaft of 80 cm in 10 seconds and 20 cm
in 20 seconds, respectively. System can be further developed to conduct all production
proceduresautomatically (including speed controller) for yielding the standard bladder.
Keywords:automatic, bladder rubber, dipping system, mould bag, prototype
Jurnal Reka Elkomika – 186
Multisari, Ichwan, Rachmat
1. PENDAHULUAN
Karet bladder adalah suatu kantung karet yang terdapat pada alat tensimeter darah
(Sphygmomanometer) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1(a). Bladder diproduksi
dengan berbagai jenis ukuran standar yang disesuaikan dengan ukuran lengan
penggunanya.Ukuran standar bladder (panjang x lebar) yang umum digunakan adalah:
standar N, I, dan C digunakan untuk bayi sampai remaja, standar A digunakan untuk orang
dewasa, sedangkan standard X dan T biasa digunakan oleh orang dewasa yang berbadan
besar seperti pegulat atau atlit bina raga.
(a)
(b)
Gambar 1.(a) Bagian-bagian dari Sphygmomanometer(Nurse with a smile, 2014).
(b)Contoh mould bag dengan berbagai ukuran berbahan alumunium
Selain ukuran standar bladder yang harus diperhatikan, ketebalan karet bladder juga menjadi
faktor lain yang harus menjadi perhatian. Ketebalan karet bladder ini akan mempengaruhi
elastisitas bladder saat proses pengukuran tekanan darah. Maka dari itu ditetapkan
ketebalan bladder 1–1.5 mm sebagai standarisasi ketebalan bladder dimana standar ini
dibuat berdasarkan penelitian antara sensitivitas respon denyut nadi dan ketahanan terhadap
tekanan 300 mmHg.
Dalam industri pencetakan karetbladder, cetakan bladder atau disebut juga mould bag,
seperti pada Gambar 1(b), dimasukkan ke dalam cairan latex sedalam 20 cm. Kemudian
proses dilanjutkan dengan mengangkat seluruh mould bag tersebut agar diperoleh ketebalan
karet yang telah ditentukan. Beban total dari alat pencetakanini akan mencapai lebih kurang
seberat 9 ton dalam aplikasi sebenarnya.
Berdasarkan hasil pengujian secara manual yang dilakukan secara berulang-ulang, diperoleh
suatu prosedur produksi yang optimal terutama dalam pengaturan waktu dan kecepatan
pencelupan dan pengangkatan mould bag dari cairan latex. Prosedur pengaturan waktu dan
kecepatan proses pencelupan dan pengangkatan dibagi menjadi empat tahap (Gambar 2)
yaitu:
1. Pertama-tama mould bag diturunkan sejauh 80 cm dimulai dari titik 100 cm sampai 20
cm dalam waktu 10 detik (kecepatan 1 = 8 cm per detik).
2. Pada titik 20 cm yaitu pada saat mould bagakanmulai memasuki cairan latex maka
kecepatan akan diturunkan dan waktu yang dibutuhkan 20 detik (kecepatan 2 = 1 cm
per detik) untuk sampai pada dasar kedalaman cairan latex (0 cm). Mould bag didiamkan
selama 5 detik sampai kemudian dilakukan pengangkatan selama 15 detik sampai jarak
25 cm dari dasar kedalaman cairan latex (kecepatan 3 ≈ 1.67 cm per detik).
3. Pada kondisi ini mould bagakan mengalami penirisan atau diam selama 10 detik.
Jurnal Reka Elkomika – 187
Desain dan Implementasi Prototipe SistemOtomasi Pencelup Mould Bag
4. Tahap akhir proses pencelupan yaitu mengangkat mould bag sampai ke titik 100 cm (sisa
jarak = 75 cm) dalam waktu 10 detik (kecepatan 4 = 7.5 cm per detik).
Gambar 2. Tahapan prosedur pencelupan dan pengangkatan mould bag
Pada saat ini, pelaksanaan prosedur produksimould bag masih dilakukan secara manual di
mana seorang operator berdasarkan timerakan menurunkan dan menaikkan handle mesin
mould bag (Gambar 2). Dengan prosedur ini, hasil produksi bladder sering mengalami
perbedaan ketebalan. Hal ini dipengaruhi oleh ketidak konsistenan dan tidak akuratnya
prosedur menurunkan dan menaikkan mould bag yang disebabkan keterbatasan kemampuan
seorang operator untuk memperkirakan waktu dan kecepatan yang harus dilakukan selama
pelaksanaan tahapan proses produksi. Persentase kegagalan dari satu kali proses produksi
dapat mencapai 35% yaitu 7 dari 20 bladder mengalami perbedaan ketebalan (data
berdasarkan divisi Quality Control PT.X).
Dengan menganalisa tahapan prosedur produksi, terdapat beberapa parameter penting pada
prosedur tersebut yang perlu diperhatikan yaitu pengaturan waktu, jarak, kecepatan,
pergerakan mesin serta beban total sistem pencelup yang mencapai lebih kurang 9
(sembilan) ton. Setelah diketahui prosedur kerja sistem manual serta parameter-parameter
yang harus diperhatikan, maka dirancang suatu sistem otomatis yang bertujuan mengganti
sistem manual agar bekerja lebih baik dan lebih akurat, sehingga dapat mengurangi
kegagalan pada proses produksi.Perancangan sistem pencelup ini sangat bersifat unik untuk
setiap industri. Hal ini dipengaruhi oleh banyak faktor, salah satunya jumlah mould bag yang
dicelupkan dalam satu siklus proses produksi atau komponen sistem yang dipergunakan.
Pada sistem otomatis ini, speed controlakan digunakan untuk mengendalikan kecepatan laju
alat pencelup (sebagai aktuator) dalam proses pencelupan dengan mengatur banyaknya
bukaan kepala potensio pada speed control tersebut.Dan untuk menghasilkan sistem (mesin)
dengan pergerakan yang halus, respon yang relatif cepat dari setiap pergantian kecepatan
(speed) serta kokoh untuk menahan beban hingga lebih kurang 9 (sembilan) ton, maka
dipergunakan sistem mekanik berbasis pneumatic air hydro.
Sistem pneumatic air hydro merupakan jenis pneumatic yang memanfaatkan udara dan oli
untuk menghasilkan daya dorongnya.Sistem ini telah banyak diaplikasikan pada dunia
industri dan manufaktur seperti industri: pengolahan logam, farmasi, kertas, makanan,
Jurnal Reka Elkomika – 188
Multisari, Ichwan, Rachmat
kimia, rokok, sepatu, serta manufaktur mesin dan manufaktur auto (Muachir, 2012).
Sistem ini memiliki beberapa keunggulan (BalTec, 2004) yaitu hanya dioperasikan dengan
udara tanpa unit daya hidrolik, gaya yang dihasilkan relatif besar, pergerakannya cepat,
mudah dalam pemeliharaan karena adanya pemisahan ruang antara udara dan oli serta
desain yang relatif kompak.
Pada penelitian awal ini akan difokuskan untuk melakukan perancangan dan implementasi
prototipe sistem pencelup mould bag sebanyak 20 buah yang bekerja secara otomatis. Pada
prototipe sistem pencelup ini hanya akan diimplementasikan prosedur untuk mencelupkan
mould bag ke dalam cairan latex dan belum mencakup prosedur pengaturan pengangkatan
mould bag dari cairan latex. Dikarenakan terdapat berbagai jenis ukuran bladder, maka pada
penelitian ini juga hanya difokuskan pada bladder untuk ukuran orang dewasa yaitu standar
A dengan ukuran 246 x 146 (± 12) mm.
2. MATERIAL DAN METODA
Perancangan sistem ini meliputi perancangan perangkat keras dan perangkat lunak
(software).Perangkat keras yang direalisasikan terdiri dari perangkat mekanik dan perangkat
elektronik. Pada Gambar 3 diperlihatkan blok diagram perancangan sistem pencelup mould
bag yang terdiri dari compressor, cylinder valve, cylinder tank, converter valve, speed
control, sebuah motor DC, modul sensor berupa optocoupler dan rotary encoder, modul
kontrol berupa smart relay, modul penggerak berupa cylinder pneumatic air hydro dan shaft
serta modul power supply.
Gambar 3. Blok diagram alat pencelup otomatis mould bag berbasis smart relay
Gambar 4 menjelaskan modul penggerak bekerja pada saat proses pencelupan mould bag
dengan cara menurunkan shaft. Proses diawali dengan masuknya udara bertekanan dari
compressor melalui input (Inlet 2) dari modul cylinder valve. Selanjutnya udara dialirkan
melalui output Acylinder valve yang dikontrol oleh modul smart relay. Angin bertekanan akan
masuk pada modul cylinderpneumatic air hydro dan mendorong piston dengan menekan
ruang oli. Bersamaan dengan itu modul converter valve dibuka melalui pengontrolan modul
smart relay, sehingga oli akan mengalir melewati modul speed control. Pada modul speed
control inilah terjadi proses pengendalian kecepatan pergerakanvertikalshaft melalui
pengendalian aliran oli berdasarkan besarmya bukaan saluranspeed control. Besarnya
(jumlah putaran) speed control ini yang akan diuji terhadap kecepatan pergerakan shaft
(panjang shaft danwaktu aktif sistem).
Jurnal Reka Elkomika – 189
Desain dan Implementasi Prototipe SistemOtomasi Pencelup Mould Bag
Gambar 4. Proses modul penggerak dalam menurunkan shaft pada cylinder pneumatic
2.1. Perancangan dan realisasi perangkat keras
Sistem perangkat keras terdiri dari dua sistem yaitu sistem mekanik dan sistem
elektronik.Sistem mekanik meliputi compressor, cylinder tank, modul penggerak berupa
cylinder pneumatic air hydro dan shaft, dan komponen pneumatic speed control.Bagian
sistem elektronik terdiri dari cylinder valve, converter valve, modul kontrol berupa smart
relay serta modul power supply.
2.1.1. Sistem Mekanik
Perancangan mekanik diawali dengan penentuan spesifikasi komponen yang diperlukan pada
sistem ini, yaitu:
A.
Compressor
Pada sistem ini compressor difungsikan sebagai sumber penghasil gas atau udara dengan
mengalirkan angin bertekanan sebesar 6 bar atau 600000 N/m2 untuk mendorong oli dan
menekan piston pada cylinder tank dan cylinder pneumatic air hydro.Compressor akan
mengalirkan angin melalui cylinder valve sebagai pengatur alirannya.
B.
Cylinder Tank
Cylinder tank merupakan tangki penampung udara dan oli yang berasal dari sirkulasi cylinder
pneumatic air hydro dimana didalamnya terdapat piston yang dapat bergerak sesuai
pergerakan shaft.Pergerakan piston cylinder tank berbanding terbalik dengan cylinder
pneumatic. Pada saat shaft cylinder pneumatic turun maka oli yang terdapat pada cylinder
pneumatic akan bergerak menuju cylinder tank dan menekan piston pembatas sehingga
piston tersebut mendorong angin yang ada di sisi lain dari cylinder tank dan membuang
angin yang ada melalui cylinder valve.
C.
Modul Penggerak
Komponen yang digunakan dalam modul penggerak pada alat ini terdiri dari cylinder tank,
cylinderpneumatic air hydro dan shaft.Modul penggerak ini dikontrol dengan dua buah
solenoid valve yaitu cylinder valve dan converter valve.Fungsi dari solenoid valve sebagai
pengatur aliran angin bertekanan yang digunakan oleh cylinder pneumatic untuk
menggerakkanshaft.
Jurnal Reka Elkomika – 190
Multisari, Ichwan, Rachmat
Dikarenakan beban pada sistem ini bisa mencapai lebih kurang 9 (sembilan) ton, maka perlu
dilakukan perhitungan spesifikasi diameter cylinder pneumaticuntuk menahan beban dan
menghasilkan gaya dorong yang sebanding yaitu sebagai berikut:
Perhitungan diameter cylinder pneumatic (ds)
Untuk menghitung diameter cylinder pneumatic, digunakan persamaan sebagai berikut:
(1) (Sumarman, 2012)
dimana:
ds = diameter cylinder [m]
F = gaya yang dibutuhkan piston adalah
F = mxg
Dengan massa (m) = 9000 kg dan gaya gravitasi (g) = 9.8 m/s2, maka diperoleh:
F = 9000 kg x 9.8 m/s2 =
88200 kg. m/s2 = 88200 N
R = gesekan pada piston = 5% x F=5 % x 88200 N = 4410 N
P = Tekanan kerja untuk pneumatic. Rata–rata menggunakan 6 bar = 600000 N/m2
Sehingga :
Jadi untuk kapasitas beban sebesar lebih kurang 9 ton diperlukan diameter cylinder sebesar
140 mm dengan diameter shaft sebesar 60 mmsesuai dengan standarisasi pneumatic.
Perhitungan gaya efektif piston (Fa)
Dengan menentukan diameter cylinder (ds) sebesar 140 mm maka gaya efektif piston pada
saat menurunkan shaft dapat dihitung dengan persamaan (2) sebagai berikut:
(2) (Festo, 2012)
dimana :
Fa = gaya efektif piston saat turun
A = luas penampang cylinder pneumatic= π/4 x ds2=
P = tekanan kerja pneumatic = 6 bar = 600000 N/m2
0.015386 m2
Sehingga :
= 0.015386 m2 x 600000 N/m2 = 9231 N
Gaya turun piston cylinder pneumaticyang dilengkapi dengan shaft tersebut,
diimplementasikan pada sistem ini untuk mencelupkan mould bag ke dalam cairan latex.
Pengaturan lamanya proses pencelupan akan diatur sesuai timer yang terdapat dalam smart
relay. Selain mengatur timer, smart relay tersebut mengatur solenoid valve dan cylinder
valve. Solenoid valve akan diberikan perintah membuka atau menutup aliran oli. Tertutupnya
aliran solenoid valve terjadi pada saaat kondisi berhenti “off” dan hold.Jadi spesifikasi
cylinder pneumatic yang digunakan adalah:
diameter cylinder (ds) = 140 mm
diameter piston (dp) = 139.79 mm (diukur dari cylinder pneumatic pada diameter
140 mm)
Jurnal Reka Elkomika – 191
Desain dan Implementasi Prototipe SistemOtomasi Pencelup Mould Bag
D.
tinggi cylinder
= 114 cm = 1.14 m, dengan panjang jangkauan kerja 100 cm
Modul speed control
Modul speed control ini berfungsi sebagai pengendali kecepatan pergerakan vertikalshaft
padacylinder pneumatic, dimana kecepatan dari shaft tersebut dipengaruhi oleh angin
bertekanan yang mendorong oli. Pada alat ini digunakan dua buah speed control dimana
setiap speed control dipersiapkan untuk arah yang berbeda yaitu arah turun dan arah naik.
Dengan digunakan dua buah speed control maka akan memudahkan dan mempercepat
proses pemutaran kepala saluran sesuai dengan tugas masing-masing.
Pada Gambar 5(a) digambarkan aliran oli pada saat shaft dalam keadaan turun, dimana oli
yang berasal dari cylinder pneumaticakan melewati bagian potensio mekanik karena tidak
dapat melewati saluran katup, kemudian melewati speed control kedua. Pada speed control
kedua, oli dapat melewati bagian katup dan masuk ke dalam cylinder tank.
Salah satu bagian dari speed control yang digunakan untuk mengatur besarnya bukaan dari
lubang oli yaitu potensio mekanik. Pengaturan besarnya bukaan dilakukan dengan cara
memutar kepala saluran. Pada prototipe sistem ini, pemutaran kepala saluranspeed control
masih dilakukan secara manual.Kepada potensio ini dapat diputar sebanyak 10 kali putaran
(10 x 360⁰).Dengan skala putaran yang telah ditentukan oleh kemampuan kepala saluran
maka proses pencelupan mould bag dapat diatur waktu dan posisi pencelupan sesuai dengan
prosedur pencelupan mould bag. Jika dilihat berdasarkan pengaturan speed control, maka
pengaturan kecepatan urutan prosedur pencelupanmould bag yang disesuaikan menurut
waktu dan jaraknya dapat disusun sebagai berikut:
1.
Speed 1 (S1) :Speed control 1 akan diputar 10 kali putaran (bukaan penuh), sehingga
pada kondisi ini dapat disebut juga kondisi kecepatan maksimal. Sesaat setelah tombol
“On” maka mould bagakan diturunkan dalam waktu 10 detik dari posisi 100 cm (titik
teratas dimana kondisi awal dari mould bag saat proses pencelupan) hingga mencapai
titik pemberhentian pertama pada posisi 20 cm.
2.
Speed 2 (S2) : pada kondisi S2, mould bag mulai memasuki cairan latex maka
kecepatan akan diturunkan dan waktu yang dibutuhkan 20 detik untuk sampai pada
titik 0 cm. Pada kondisi ini, sebagian bukaan speed control 1 akan ditutup untuk
mengurangi kecepatan. Setelah sampai pada titik 0 cm, mould bag didiamkan selama 5
detik.
Dua pengaturan aktifasi sistem ini (10 detik dan 20 detik) yang akan diuji untuk memperoleh
jumlah bukaan yang tepat sehingga diperoleh penurunan shaft yang diperlukan sesuai
dengan prosedur pencelupan. Data ini akan digunakan juga untuk pengembangan sistem
selanjutnya yaitu proses pengangkatan mould bag dari cairan latex.
E.
Konstruksi alat pencelup mould bag
Setelah dirancang seluruh sistem mekanik pada sistem ini, maka dibutuhkan perancangan
konstruksi alat pencelup mould bag agar dapat bekerja dengan baik dan mendapatkan hasil
yang maksimal. Perancangan konstruksi diawali dengan perancangan frame pengait dari
mould bag yang terhubung dengan shaft cylinder dan tiang stabilizer. Frame tersebut terbuat
dari plat besi siku berukuran 6 mm yang dibentuk menjadi sebuah frame dan ditambah
pengait. Frame mould bag dapat menampung 20 buah mould bag dalam setiap
pencelupannya. Pada Gambar 5(a) digambarkan aliran oli pada saat shaft dalam keadaan
turun, dimana oli yang berasal dari cylinder pneumaticakan melewati bagian potensio
mekanik karena tidak dapat melewati saluran katup, kemudian melewati speed control
kedua. Pada speed control kedua, oli dapat melewati bagian katup dan masuk ke dalam
Jurnal Reka Elkomika – 192
Multisari, Ichwan, Rachmat
cylinder tank. Gambar 5(b) menunjukkan konstruksi mekanik cylinder yang dilengkapi
dengan dua tiang stabilizer yang berfungsi sebagai penstabil gerakan shaft dan meredam
adanya getaran pada saat pencelupan.
CYLINDER
STABILIZER
MOULD
BAG
(a)
(b)
Gambar 5(a). Aliran oli pada speed control saat cylinder pneumatic menurunkan shaft;
(b)Konstruksi pengait mould bag
2.1.2. Sistem Elektronik
Berikut ini penjelasan spesifikasiperancangan dan realisasi sistem elektronik yang digunakan
dalam sistem pencelup mould bag yaitu:
A.
Cylinder valve
Pada saat kondisi turun, smart relayakan memerintahkan lubang inlet terhubung dengan
lubang A dan lubang B terhubung dengan lubang Outlet 2, maka angin bertekanan akan
mengalir menuju cylinderpneumatic dan menekan piston. Pada sistem ini digunakan cylinder
valve tipe SMC CCVL11-3D-U2.
B.
Converter valve
Converter valve merupakan valve yang terletak diantara cylinder tank dan speed control.
Smart relay memberikan instruksi ke converter valve untuk melakukan pengaturan arah
aliran oli melalui pengaturan pembukaan dan penutupan tiga buah saluran yang dimiliki oleh
komponen ini. Converter valve pada sistem ini direalisasikan dengan solenoid valve dari SMC.
Pada Gambar 6(a) diperlihatkan cara kerja converter valve ketika shaft dalam kondisi turun.
Pada saat shaft naik, oli mengalir melalui saluran C (dari speed control) menuju ke cylinder
tank melalui saluran B. Dikarenakan saluran A dan B hanya dapat digunakan dalam satu
arah, maka saluran A akan dipergunakan pada kondisi menaikkan shaft. Berbeda dengan
saluran C, saluran ini dapat digunakan dalam dua arah. Pada Gambar 6 (b) diperlihatkan
smart relay yang digunakan pada system pencelup mould bag
Jurnal Reka Elkomika – 193
Desain dan Implementasi Prototipe SistemOtomasi Pencelup Mould Bag
(b)
(a)
Gambar 6(a). Prinsip aliran oli pada converter valve pada kondisi shaft turun
(b).Smart relay ZELIO SR2B201BD
C. Modul smart relay
Modul smart relay berfungsi sebagai alat pengendali seluruh sistem yang ada pada alat ini.
Smart relay yang digunakan yaitu smart relay ZELIO tipe SR2B201BD, Input 24 VDC Zelio
adalah smart relay yang dibuat oleh Schneider Telemecanique. Spesifikasi smart relay
Zelio SR2B201BD adalah sebagai berikut: memiliki 12 saluran input dan 8 saluran output
berupa relay, memiliki internal clock dan pemogramannya dapat menggunakan bahasa
diagram Ladder maupun FBD (Function Block Diagram).
D.
Sumber tegangan
Sumber tegangan DC yang dihasilkan untuk sistem ini adalah +24 Volt. Tegangan input dari
catu daya adalah 220 Volt ac yang kemudian oleh sebuah transformator tegangan
diturunkan menjadi tegangan 24 Volt ac yang digunakan untuk catudaya +24 Volt. Gambar 7
menunjukkan rangkaian sumber tegangan DC sistem ini, dimana tegangan ac yang diperoleh
dari transformator disearahkan dengan jembatan penyearah gelombang penuh
menggunakan dioda. Tegangan output stabil +24 Volt dihasilkan oleh IC regulator LM7824.
330
100 nF
Trafo
1A
1000 uF/50V
LM7824
Vin Vout
Gnd
Gambar 7. Rangkaian catu daya 24 Volt DC
2.2. Perancangan dan realisasi perangkat lunak
Pemograman yang digunakan pada smart relay ini adalah software ZelioSoft 2.Untuk
mempermudah di dalam perancangan perangkat lunak pada smart relay maka terlebih
dahulu dirancang flowchart.Flowchart yang digambarkan adalah program yang dibuat untuk
keperluan pengujian sistem yaitu pengujian jangkauan penurunan shaft untuk masingmasing pengaturan timer smart relay yang berbeda yaitu waktu 10 detik dan 20 detik.
Gambar 8 menunjukkan flowchart perangkat lunak yang telah dijelaskan di atas sehingga
mempermudah menterjemahkannya ke dalam software FBD (Function Dlock Diagram).
Jurnal Reka Elkomika – 194
Multisari, Ichwan, Rachmat
Mulai
Aktifkan timer smart relay
Atur saluran Selenoid
valve (cylinder valve
dan converter valve)
Mulai
Gambar 8. Flowchart perangkat lunak pada smart relay
3. PENGUJIAN PROTOTIPE SISTEM
Pada bagian ini dibahas metoda pengujian dan hasil pengujian prototipe sistem pencelup
mould bag ini, yaitu meneliti kondisi keluaran smart relay serta meneliti perubahan putaran
kepala potensio speed control terhadap seberapa jauh tingkat keakuratan jarak pencelupan
ke dalam cairan latex untuk dua setting waktu.
3.1. Pengujian keluaran smart relay
Pengujian keluaran smart relay dilakukan dengan menggunakan multimeter digital pada
masing-masing pin output yang akan dihubungkan dengan cylinder valve dan converter
valve. Tujuan dari pengujian ini adalah mengukur keakuratan level tegangan yang
dikeluarkan oleh setiap pin output smart relay pada kondisi aktif dan tidak aktif. Hasil
pengukuran diperlihatkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Hasil pengujian pin outputsmart relay
Kondisi smart relay
On
Off
Tegangan output smart relay [volt] pada pin:
cylinder valve
converter valve
23,98
0,3
24,1
0,4
3.2. Pengujian perubahan putaran kepala potensio speed controluntuk berbagai
setting waktu
Tujuan dari pengujian ini adalah meneliti perubahan putaran kepala potensio speed control
terhadap seberapa jauh tingkat keakuratan jarak pencelupan dan pengangkatan mould bag
(pergerakan shaft) ke dan dari cairan latex untuk berbagai setting waktu.
Prosedur pengujian:
-
Dilihat dari prosedur pencelupan mould bag, terdapat duasetting waktu yang
digunakan untuk menggerakkan shaft yaitu 10 detik untuk speed 1 (dengan jarak 80
cm) dan 20 detik untuk speed 2 (dengan jarak 20 cm).
-
Pada setiap setting waktu, diukur jarak shaft untuk setiap putaran kepala potensio
speed control dari 1 putaran hingga 10 putaran dengan perubahan 1 putaran.
Jurnal Reka Elkomika – 195
Desain dan Implementasi Prototipe SistemOtomasi Pencelup Mould Bag
A.
-
Untuk setiap putaran kepala potensio speed control, diukur jarak shaft sebanyak lima
kali.
-
Tujuan pengujian untuk menentukkan jumlah putaran kepala potensio speed control
yang diperlukan untuk setiap speed pada prosedur pencelupan mould bag.
Pengujian pada saat t = 10 detik
Pengujian dilakukan sebanyak 5 kali percobaan menggunakan 20 buah mould bag.
Hasil pengujian perubahan putaran kepala potensio speed control untuk setting
waktu 10 detik diperlihatkan pada Tabel 2.
Tabel 2. Hasil pengujian putaran speed control saat t = 10 detik
B.
Jarak Shaft [cm]
Jumlah putaran
kepala potensio
Waktu
[detik]
Tes-1
Tes-2
Tes-3
Tes-4
Tes-5
1
10
10,05
10,12
9,95
10,1
10,1
2
10
18,1
18
17,95
17,95
18
3
10
26,15
25,88
25,95
25,8
25,9
4
10
34,2
33,76
33,95
33,65
33,8
5
10
42,25
41,64
41,95
41,5
41,7
6
10
50,3
49,52
49,95
49,35
49,6
7
10
58,35
57,4
57,95
57,2
57,5
8
10
66,4
65,28
65,95
65,05
65,4
9
10
74,45
73,16
73,95
72,9
73,3
10
10
82,5
81,04
81,95
80,75
81,2
Pengujian pada saat t = 20 detik
Pengujian dilakukan sebanyak 5 kali percobaan menggunakan 20 buah mould bag.
Hasil pengujian perubahan putaran kepala potensio speed control untuk setting
waktu 20 detik diperlihatkan pada Tabel 3.
Tabel 3. Hasil pengujian putaran speed control saat t = 20 detik
Jumlah putaran
kepala potensio
Waktu
[detik]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
20
20
20
20
20
20
20
20
20
Jarak Shaft [cm]
Tes-1
5,7
11,1
16,5
21,9
40
58,1
76,2
98,5
>100
Tes-2
5,2
10,1
15
19,9
41,75
63,6
85,45
94,4
>100
Tes-3
5,5
10,3
15,1
19,9
39,8
59,7
79,6
95,75
>100
Jurnal Reka Elkomika – 196
Tes-4
4,9
9,8
14,7
19,6
40,05
60,5
80,95
98,5
>100
Tes-5
5,3
10,4
15,5
20,6
41,15
61,7
82,25
98,2
>100
Multisari, Ichwan, Rachmat
10
20
>100
>100
>100
>100
>100
4. ANALISIS SISTEM
Dari pengujian yang telah dilakukan maka dapat dianalisis pada beberapa hal yaitu:
1. Dari hasil pengujian pin output yang dilakukan dengan mengukur masing-masing pin
menggunakan multimeter digital dalam keadaan On didapatkan tegangan 24 Volt +/- 0.2
Volt, sedangkan dalam keadaan Off didapatkan tegangan 0 Volt +/- 0.2 Volt. Hasil ini
menunjukkan bahwa pin-pin output smart relay ini dalam kondisi baik.
2. Pada saat t = 10 detik dengan menggunakan 20 mould bag yang dilakukan sebanyak 5
kali didapat bahwa speed control harus diputar sebanyak 10 putaran untuk mendapatkan
jarak 80 cm (speed 1). Dalam hasil pengujian terdapat perbedaan jarak antara 0.75 – 2.5
mm untuk speed 1.Hal tersebut disebabkan oleh ketidak stabilan gerakan shaft
cylinderpneumatic. Namun perbedaan jarak tersebut masih dalam jarak toleransi yang
diperbolehkan.
3. Pengujian pada saat t = 20 detik dengan menggunakan 20 mould bag yang dilakukan
sebanyak 5 kali didapat bahwa hasil putaran motor DC terhadap speed control harus
diputar sebanyak 4 putaran untuk mendapatkan jarak 20 cm ( speed 2). Dalam hasil
pengujian terdapat perbedaan jarak -0.4 - 2 mm hal tersebut disebabkan oleh ketidak
stabilan gerakan shaft cylinderpneumatic. Namun perbedaan jarak tersebut masih dalam
jarak toleransi yang diperbolehkan.
5. KESIMPULAN
Beberapa kesimpulan dapat diambil dari proses pengujian dan realisasi sistem, yaitu:
1. Sistem modul penggerak pneumaticair hydro dengan diameter cylinder (ds) = 140 mm,
diameter piston (dp) = 139,79 mm dan tinggi cylinder 114 cm diperlukan untuk
merealisasikan sistem pencelup mould bag dengan berat beban total sebesar lebih
kurang 9 (sembilan) ton. Dengan sistem penggerak jenis ini maka akan diperoleh sistem
dengan gerakan yang mulus, kuat dan respon yang cepat.
2. Speed control harus diputar sebanyak 10 putaran dan mesin diaktifkan selama 10 detik
untuk mendapatkan jarak dalam range 80 cm.
3. Speed control harus diputar sebanyak 4 putaran dan mesin diaktifkan selama 20 detik
untuk mendapatkan jarak dalam range 20 cm.
Dengan hasil ini maka dapat dinyatakan bahwa spesifikasi pneumatic air hydro dengan
diameter cylinder 140 mm telah dapat menahan beban seberat lebih kurang 9 (sembilan)
ton. Dengan demikian, sistem ini dapat dikembangkan untuk proses implementasi prosedur
produksi berikutnya yaitu prosedur pengangkatan mould bag dari cairan latex (prosedur 3
sampai dengan prosedur 5) agar menghasilkan karet bladder dengan ketebalan yang
ditentukan.
Dalam pengembangan sistem berikutnya, diperlukan pula suatu pengontrolan untuk
pembukaan kepala potensio speed control secara otomatis. Selain itu, diperlukan juga suatu
backup sistem elektronik untuk melakukan pencegahan ketika terjadi gangguan pada koneksi
listrik pada saat proses produksi berlangsung.
REFERENSI
Nurse with a smile. (2014).http://nurse-with-a-smile.tumblr.com/post/24620674767/fact-thebladder-of-the-blood-pressure-cuff (diakses: 8 Agustus 2014)
Jurnal Reka Elkomika – 197
Desain dan Implementasi Prototipe SistemOtomasi Pencelup Mould Bag
Muachir, A. (2012). Aplikasi industri Pneumatik,
pneumaticstnc.blogspot.com/2012/11/sekarang-ini-hidup-kita-di-permudah.html.
(diakses: 25 Agustus 2014).
BalTec co. (2004). Multipower: pneumatic cylinders, air cylinders, hydro-pneumatic cylinders.
http://www.baltecusa.net/hydropneumatic_cylinders.html. (diakses:14 Agustus 2014).
Festo. (2012). Pneumatic Basic Level: Festo Workbook TP
didactic.com/ov3/media/customers/1100/541088_leseprobe_en.pdf.
Agustus 2014).
101.www.festo(diakses:
25
Sumarman.(2012). Perhitungan dan perencanaan komponen
pneumatik.http://klikdesignku.blogspot.com/2012/03/perhitungan-dan-perencanaankomponen.html?m=1 (diakses: 25 Agustus 2014)
Jurnal Reka Elkomika – 198
2337-439X Juli 2014
Jurnal Online Institut Teknologi Nasional
©Teknik Elektro | Itenas | Vol.2 | No.3
Desain dan Implementasi Prototipe
SistemOtomasi Pencelup Mould Bag
R. MULTISARI, M. ICHWAN, H.H.RACHMAT
1. Jurusan Teknik Elektro, Institut Teknologi Nasional (Itenas) Bandung
2. Jurusan Teknik Informatika, Institut Teknologi Nasional (Itenas) Bandung
Email: hendi.hr@gmail.com
ABSTRAK
Pada penelitian ini diimplementasikan prototipe sistem otomatis pencelup cetakan karet
bladder sphygmomanometer (mould bag) untuk menggantikan sistem manual guna
mengurangi persentase kegagalan produksi yaitu 35% dari setiap satu produksi 20 buah
mould bag. Pada sistem ini, pneumatic air hydro, cylinder tank, speed control dan dua
solenoid valve digunakan untuk mengatur waktu, jarak dan kecepatan pencelupan pengait
mould bag (shaft) ke dalam cairan latex agar bergerak halus, cepat dan kokoh selama
melaksanakan prosedur standar produksi. Penyaluran oli dan udara antara peneumatic air
hydro dan cylinder tank dimanfaatkan untuk menggerakkan shaft secara vertikal melalui
pengaturan dua solenoid valve menggunakan smart relay.Kecepatan pergerakan shaft
dikontrol melalui pengaturan jumlah putaran pneumatic speed control. Hasil pengujian
menunjukkan bahwa pneumatic air hydro dengan diameter cylinder=140 mm dan tinggi
cylinder=114 cm diperlukan untuk merealisasikan sistem pencelup mould bag dengan berat
beban total ±9 ton. Pneumatic speed control harus diputar 10 putaran untuk menggerakkan
shaft sejauh 80cm (t=10detik) dan 4 putaran untuk menggerakkan shaft sejauh 20 cm
(t=20detik). Sistem dapat dikembangkan untuk melaksanakan seluruh prosedur produksi
secara otomatis (termasuk otomatisasi speed controller) agar menghasilkan karet bladder
dengan ketebalan yang ditentukan.
Kata kunci: karet bladder, mould bag, otomatis, prototipe, sistem pencelup
ABSTRACT
A prototipe of an automatic bladder mould of sphygmomanometer (mould bag) dipping
system was implemented in this research to change a manual system in order to minimize a
production failure percentage of 35% from each production of 20 mould bags.Pneumatic air
hydro, cylinder tank, pneumatic speed control and two solenoid valves were used to control
time, length and speed of a mould bag hook (a shaft) into latex liquid with smooth
movement, fast response and tough contruction during conducting a standard production
procedure.Theair and oil flows between pneumatic air hydro and cylindertank was controlled
by smart relay-based solenoid valves to move the shaft vertically.Furthermore, the shaft
speed was adjusted by the speed controller. The results showed that the pneumatic air
hydro with diameter and length cylinder of 140 mm and 114 cm, respectively, is required to
implement the dipping system to hold a total weight of ±9 ton. The speed control should be
rotated of 10 rotations and 4 rotations to move the shaft of 80 cm in 10 seconds and 20 cm
in 20 seconds, respectively. System can be further developed to conduct all production
proceduresautomatically (including speed controller) for yielding the standard bladder.
Keywords:automatic, bladder rubber, dipping system, mould bag, prototype
Jurnal Reka Elkomika – 186
Multisari, Ichwan, Rachmat
1. PENDAHULUAN
Karet bladder adalah suatu kantung karet yang terdapat pada alat tensimeter darah
(Sphygmomanometer) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1(a). Bladder diproduksi
dengan berbagai jenis ukuran standar yang disesuaikan dengan ukuran lengan
penggunanya.Ukuran standar bladder (panjang x lebar) yang umum digunakan adalah:
standar N, I, dan C digunakan untuk bayi sampai remaja, standar A digunakan untuk orang
dewasa, sedangkan standard X dan T biasa digunakan oleh orang dewasa yang berbadan
besar seperti pegulat atau atlit bina raga.
(a)
(b)
Gambar 1.(a) Bagian-bagian dari Sphygmomanometer(Nurse with a smile, 2014).
(b)Contoh mould bag dengan berbagai ukuran berbahan alumunium
Selain ukuran standar bladder yang harus diperhatikan, ketebalan karet bladder juga menjadi
faktor lain yang harus menjadi perhatian. Ketebalan karet bladder ini akan mempengaruhi
elastisitas bladder saat proses pengukuran tekanan darah. Maka dari itu ditetapkan
ketebalan bladder 1–1.5 mm sebagai standarisasi ketebalan bladder dimana standar ini
dibuat berdasarkan penelitian antara sensitivitas respon denyut nadi dan ketahanan terhadap
tekanan 300 mmHg.
Dalam industri pencetakan karetbladder, cetakan bladder atau disebut juga mould bag,
seperti pada Gambar 1(b), dimasukkan ke dalam cairan latex sedalam 20 cm. Kemudian
proses dilanjutkan dengan mengangkat seluruh mould bag tersebut agar diperoleh ketebalan
karet yang telah ditentukan. Beban total dari alat pencetakanini akan mencapai lebih kurang
seberat 9 ton dalam aplikasi sebenarnya.
Berdasarkan hasil pengujian secara manual yang dilakukan secara berulang-ulang, diperoleh
suatu prosedur produksi yang optimal terutama dalam pengaturan waktu dan kecepatan
pencelupan dan pengangkatan mould bag dari cairan latex. Prosedur pengaturan waktu dan
kecepatan proses pencelupan dan pengangkatan dibagi menjadi empat tahap (Gambar 2)
yaitu:
1. Pertama-tama mould bag diturunkan sejauh 80 cm dimulai dari titik 100 cm sampai 20
cm dalam waktu 10 detik (kecepatan 1 = 8 cm per detik).
2. Pada titik 20 cm yaitu pada saat mould bagakanmulai memasuki cairan latex maka
kecepatan akan diturunkan dan waktu yang dibutuhkan 20 detik (kecepatan 2 = 1 cm
per detik) untuk sampai pada dasar kedalaman cairan latex (0 cm). Mould bag didiamkan
selama 5 detik sampai kemudian dilakukan pengangkatan selama 15 detik sampai jarak
25 cm dari dasar kedalaman cairan latex (kecepatan 3 ≈ 1.67 cm per detik).
3. Pada kondisi ini mould bagakan mengalami penirisan atau diam selama 10 detik.
Jurnal Reka Elkomika – 187
Desain dan Implementasi Prototipe SistemOtomasi Pencelup Mould Bag
4. Tahap akhir proses pencelupan yaitu mengangkat mould bag sampai ke titik 100 cm (sisa
jarak = 75 cm) dalam waktu 10 detik (kecepatan 4 = 7.5 cm per detik).
Gambar 2. Tahapan prosedur pencelupan dan pengangkatan mould bag
Pada saat ini, pelaksanaan prosedur produksimould bag masih dilakukan secara manual di
mana seorang operator berdasarkan timerakan menurunkan dan menaikkan handle mesin
mould bag (Gambar 2). Dengan prosedur ini, hasil produksi bladder sering mengalami
perbedaan ketebalan. Hal ini dipengaruhi oleh ketidak konsistenan dan tidak akuratnya
prosedur menurunkan dan menaikkan mould bag yang disebabkan keterbatasan kemampuan
seorang operator untuk memperkirakan waktu dan kecepatan yang harus dilakukan selama
pelaksanaan tahapan proses produksi. Persentase kegagalan dari satu kali proses produksi
dapat mencapai 35% yaitu 7 dari 20 bladder mengalami perbedaan ketebalan (data
berdasarkan divisi Quality Control PT.X).
Dengan menganalisa tahapan prosedur produksi, terdapat beberapa parameter penting pada
prosedur tersebut yang perlu diperhatikan yaitu pengaturan waktu, jarak, kecepatan,
pergerakan mesin serta beban total sistem pencelup yang mencapai lebih kurang 9
(sembilan) ton. Setelah diketahui prosedur kerja sistem manual serta parameter-parameter
yang harus diperhatikan, maka dirancang suatu sistem otomatis yang bertujuan mengganti
sistem manual agar bekerja lebih baik dan lebih akurat, sehingga dapat mengurangi
kegagalan pada proses produksi.Perancangan sistem pencelup ini sangat bersifat unik untuk
setiap industri. Hal ini dipengaruhi oleh banyak faktor, salah satunya jumlah mould bag yang
dicelupkan dalam satu siklus proses produksi atau komponen sistem yang dipergunakan.
Pada sistem otomatis ini, speed controlakan digunakan untuk mengendalikan kecepatan laju
alat pencelup (sebagai aktuator) dalam proses pencelupan dengan mengatur banyaknya
bukaan kepala potensio pada speed control tersebut.Dan untuk menghasilkan sistem (mesin)
dengan pergerakan yang halus, respon yang relatif cepat dari setiap pergantian kecepatan
(speed) serta kokoh untuk menahan beban hingga lebih kurang 9 (sembilan) ton, maka
dipergunakan sistem mekanik berbasis pneumatic air hydro.
Sistem pneumatic air hydro merupakan jenis pneumatic yang memanfaatkan udara dan oli
untuk menghasilkan daya dorongnya.Sistem ini telah banyak diaplikasikan pada dunia
industri dan manufaktur seperti industri: pengolahan logam, farmasi, kertas, makanan,
Jurnal Reka Elkomika – 188
Multisari, Ichwan, Rachmat
kimia, rokok, sepatu, serta manufaktur mesin dan manufaktur auto (Muachir, 2012).
Sistem ini memiliki beberapa keunggulan (BalTec, 2004) yaitu hanya dioperasikan dengan
udara tanpa unit daya hidrolik, gaya yang dihasilkan relatif besar, pergerakannya cepat,
mudah dalam pemeliharaan karena adanya pemisahan ruang antara udara dan oli serta
desain yang relatif kompak.
Pada penelitian awal ini akan difokuskan untuk melakukan perancangan dan implementasi
prototipe sistem pencelup mould bag sebanyak 20 buah yang bekerja secara otomatis. Pada
prototipe sistem pencelup ini hanya akan diimplementasikan prosedur untuk mencelupkan
mould bag ke dalam cairan latex dan belum mencakup prosedur pengaturan pengangkatan
mould bag dari cairan latex. Dikarenakan terdapat berbagai jenis ukuran bladder, maka pada
penelitian ini juga hanya difokuskan pada bladder untuk ukuran orang dewasa yaitu standar
A dengan ukuran 246 x 146 (± 12) mm.
2. MATERIAL DAN METODA
Perancangan sistem ini meliputi perancangan perangkat keras dan perangkat lunak
(software).Perangkat keras yang direalisasikan terdiri dari perangkat mekanik dan perangkat
elektronik. Pada Gambar 3 diperlihatkan blok diagram perancangan sistem pencelup mould
bag yang terdiri dari compressor, cylinder valve, cylinder tank, converter valve, speed
control, sebuah motor DC, modul sensor berupa optocoupler dan rotary encoder, modul
kontrol berupa smart relay, modul penggerak berupa cylinder pneumatic air hydro dan shaft
serta modul power supply.
Gambar 3. Blok diagram alat pencelup otomatis mould bag berbasis smart relay
Gambar 4 menjelaskan modul penggerak bekerja pada saat proses pencelupan mould bag
dengan cara menurunkan shaft. Proses diawali dengan masuknya udara bertekanan dari
compressor melalui input (Inlet 2) dari modul cylinder valve. Selanjutnya udara dialirkan
melalui output Acylinder valve yang dikontrol oleh modul smart relay. Angin bertekanan akan
masuk pada modul cylinderpneumatic air hydro dan mendorong piston dengan menekan
ruang oli. Bersamaan dengan itu modul converter valve dibuka melalui pengontrolan modul
smart relay, sehingga oli akan mengalir melewati modul speed control. Pada modul speed
control inilah terjadi proses pengendalian kecepatan pergerakanvertikalshaft melalui
pengendalian aliran oli berdasarkan besarmya bukaan saluranspeed control. Besarnya
(jumlah putaran) speed control ini yang akan diuji terhadap kecepatan pergerakan shaft
(panjang shaft danwaktu aktif sistem).
Jurnal Reka Elkomika – 189
Desain dan Implementasi Prototipe SistemOtomasi Pencelup Mould Bag
Gambar 4. Proses modul penggerak dalam menurunkan shaft pada cylinder pneumatic
2.1. Perancangan dan realisasi perangkat keras
Sistem perangkat keras terdiri dari dua sistem yaitu sistem mekanik dan sistem
elektronik.Sistem mekanik meliputi compressor, cylinder tank, modul penggerak berupa
cylinder pneumatic air hydro dan shaft, dan komponen pneumatic speed control.Bagian
sistem elektronik terdiri dari cylinder valve, converter valve, modul kontrol berupa smart
relay serta modul power supply.
2.1.1. Sistem Mekanik
Perancangan mekanik diawali dengan penentuan spesifikasi komponen yang diperlukan pada
sistem ini, yaitu:
A.
Compressor
Pada sistem ini compressor difungsikan sebagai sumber penghasil gas atau udara dengan
mengalirkan angin bertekanan sebesar 6 bar atau 600000 N/m2 untuk mendorong oli dan
menekan piston pada cylinder tank dan cylinder pneumatic air hydro.Compressor akan
mengalirkan angin melalui cylinder valve sebagai pengatur alirannya.
B.
Cylinder Tank
Cylinder tank merupakan tangki penampung udara dan oli yang berasal dari sirkulasi cylinder
pneumatic air hydro dimana didalamnya terdapat piston yang dapat bergerak sesuai
pergerakan shaft.Pergerakan piston cylinder tank berbanding terbalik dengan cylinder
pneumatic. Pada saat shaft cylinder pneumatic turun maka oli yang terdapat pada cylinder
pneumatic akan bergerak menuju cylinder tank dan menekan piston pembatas sehingga
piston tersebut mendorong angin yang ada di sisi lain dari cylinder tank dan membuang
angin yang ada melalui cylinder valve.
C.
Modul Penggerak
Komponen yang digunakan dalam modul penggerak pada alat ini terdiri dari cylinder tank,
cylinderpneumatic air hydro dan shaft.Modul penggerak ini dikontrol dengan dua buah
solenoid valve yaitu cylinder valve dan converter valve.Fungsi dari solenoid valve sebagai
pengatur aliran angin bertekanan yang digunakan oleh cylinder pneumatic untuk
menggerakkanshaft.
Jurnal Reka Elkomika – 190
Multisari, Ichwan, Rachmat
Dikarenakan beban pada sistem ini bisa mencapai lebih kurang 9 (sembilan) ton, maka perlu
dilakukan perhitungan spesifikasi diameter cylinder pneumaticuntuk menahan beban dan
menghasilkan gaya dorong yang sebanding yaitu sebagai berikut:
Perhitungan diameter cylinder pneumatic (ds)
Untuk menghitung diameter cylinder pneumatic, digunakan persamaan sebagai berikut:
(1) (Sumarman, 2012)
dimana:
ds = diameter cylinder [m]
F = gaya yang dibutuhkan piston adalah
F = mxg
Dengan massa (m) = 9000 kg dan gaya gravitasi (g) = 9.8 m/s2, maka diperoleh:
F = 9000 kg x 9.8 m/s2 =
88200 kg. m/s2 = 88200 N
R = gesekan pada piston = 5% x F=5 % x 88200 N = 4410 N
P = Tekanan kerja untuk pneumatic. Rata–rata menggunakan 6 bar = 600000 N/m2
Sehingga :
Jadi untuk kapasitas beban sebesar lebih kurang 9 ton diperlukan diameter cylinder sebesar
140 mm dengan diameter shaft sebesar 60 mmsesuai dengan standarisasi pneumatic.
Perhitungan gaya efektif piston (Fa)
Dengan menentukan diameter cylinder (ds) sebesar 140 mm maka gaya efektif piston pada
saat menurunkan shaft dapat dihitung dengan persamaan (2) sebagai berikut:
(2) (Festo, 2012)
dimana :
Fa = gaya efektif piston saat turun
A = luas penampang cylinder pneumatic= π/4 x ds2=
P = tekanan kerja pneumatic = 6 bar = 600000 N/m2
0.015386 m2
Sehingga :
= 0.015386 m2 x 600000 N/m2 = 9231 N
Gaya turun piston cylinder pneumaticyang dilengkapi dengan shaft tersebut,
diimplementasikan pada sistem ini untuk mencelupkan mould bag ke dalam cairan latex.
Pengaturan lamanya proses pencelupan akan diatur sesuai timer yang terdapat dalam smart
relay. Selain mengatur timer, smart relay tersebut mengatur solenoid valve dan cylinder
valve. Solenoid valve akan diberikan perintah membuka atau menutup aliran oli. Tertutupnya
aliran solenoid valve terjadi pada saaat kondisi berhenti “off” dan hold.Jadi spesifikasi
cylinder pneumatic yang digunakan adalah:
diameter cylinder (ds) = 140 mm
diameter piston (dp) = 139.79 mm (diukur dari cylinder pneumatic pada diameter
140 mm)
Jurnal Reka Elkomika – 191
Desain dan Implementasi Prototipe SistemOtomasi Pencelup Mould Bag
D.
tinggi cylinder
= 114 cm = 1.14 m, dengan panjang jangkauan kerja 100 cm
Modul speed control
Modul speed control ini berfungsi sebagai pengendali kecepatan pergerakan vertikalshaft
padacylinder pneumatic, dimana kecepatan dari shaft tersebut dipengaruhi oleh angin
bertekanan yang mendorong oli. Pada alat ini digunakan dua buah speed control dimana
setiap speed control dipersiapkan untuk arah yang berbeda yaitu arah turun dan arah naik.
Dengan digunakan dua buah speed control maka akan memudahkan dan mempercepat
proses pemutaran kepala saluran sesuai dengan tugas masing-masing.
Pada Gambar 5(a) digambarkan aliran oli pada saat shaft dalam keadaan turun, dimana oli
yang berasal dari cylinder pneumaticakan melewati bagian potensio mekanik karena tidak
dapat melewati saluran katup, kemudian melewati speed control kedua. Pada speed control
kedua, oli dapat melewati bagian katup dan masuk ke dalam cylinder tank.
Salah satu bagian dari speed control yang digunakan untuk mengatur besarnya bukaan dari
lubang oli yaitu potensio mekanik. Pengaturan besarnya bukaan dilakukan dengan cara
memutar kepala saluran. Pada prototipe sistem ini, pemutaran kepala saluranspeed control
masih dilakukan secara manual.Kepada potensio ini dapat diputar sebanyak 10 kali putaran
(10 x 360⁰).Dengan skala putaran yang telah ditentukan oleh kemampuan kepala saluran
maka proses pencelupan mould bag dapat diatur waktu dan posisi pencelupan sesuai dengan
prosedur pencelupan mould bag. Jika dilihat berdasarkan pengaturan speed control, maka
pengaturan kecepatan urutan prosedur pencelupanmould bag yang disesuaikan menurut
waktu dan jaraknya dapat disusun sebagai berikut:
1.
Speed 1 (S1) :Speed control 1 akan diputar 10 kali putaran (bukaan penuh), sehingga
pada kondisi ini dapat disebut juga kondisi kecepatan maksimal. Sesaat setelah tombol
“On” maka mould bagakan diturunkan dalam waktu 10 detik dari posisi 100 cm (titik
teratas dimana kondisi awal dari mould bag saat proses pencelupan) hingga mencapai
titik pemberhentian pertama pada posisi 20 cm.
2.
Speed 2 (S2) : pada kondisi S2, mould bag mulai memasuki cairan latex maka
kecepatan akan diturunkan dan waktu yang dibutuhkan 20 detik untuk sampai pada
titik 0 cm. Pada kondisi ini, sebagian bukaan speed control 1 akan ditutup untuk
mengurangi kecepatan. Setelah sampai pada titik 0 cm, mould bag didiamkan selama 5
detik.
Dua pengaturan aktifasi sistem ini (10 detik dan 20 detik) yang akan diuji untuk memperoleh
jumlah bukaan yang tepat sehingga diperoleh penurunan shaft yang diperlukan sesuai
dengan prosedur pencelupan. Data ini akan digunakan juga untuk pengembangan sistem
selanjutnya yaitu proses pengangkatan mould bag dari cairan latex.
E.
Konstruksi alat pencelup mould bag
Setelah dirancang seluruh sistem mekanik pada sistem ini, maka dibutuhkan perancangan
konstruksi alat pencelup mould bag agar dapat bekerja dengan baik dan mendapatkan hasil
yang maksimal. Perancangan konstruksi diawali dengan perancangan frame pengait dari
mould bag yang terhubung dengan shaft cylinder dan tiang stabilizer. Frame tersebut terbuat
dari plat besi siku berukuran 6 mm yang dibentuk menjadi sebuah frame dan ditambah
pengait. Frame mould bag dapat menampung 20 buah mould bag dalam setiap
pencelupannya. Pada Gambar 5(a) digambarkan aliran oli pada saat shaft dalam keadaan
turun, dimana oli yang berasal dari cylinder pneumaticakan melewati bagian potensio
mekanik karena tidak dapat melewati saluran katup, kemudian melewati speed control
kedua. Pada speed control kedua, oli dapat melewati bagian katup dan masuk ke dalam
Jurnal Reka Elkomika – 192
Multisari, Ichwan, Rachmat
cylinder tank. Gambar 5(b) menunjukkan konstruksi mekanik cylinder yang dilengkapi
dengan dua tiang stabilizer yang berfungsi sebagai penstabil gerakan shaft dan meredam
adanya getaran pada saat pencelupan.
CYLINDER
STABILIZER
MOULD
BAG
(a)
(b)
Gambar 5(a). Aliran oli pada speed control saat cylinder pneumatic menurunkan shaft;
(b)Konstruksi pengait mould bag
2.1.2. Sistem Elektronik
Berikut ini penjelasan spesifikasiperancangan dan realisasi sistem elektronik yang digunakan
dalam sistem pencelup mould bag yaitu:
A.
Cylinder valve
Pada saat kondisi turun, smart relayakan memerintahkan lubang inlet terhubung dengan
lubang A dan lubang B terhubung dengan lubang Outlet 2, maka angin bertekanan akan
mengalir menuju cylinderpneumatic dan menekan piston. Pada sistem ini digunakan cylinder
valve tipe SMC CCVL11-3D-U2.
B.
Converter valve
Converter valve merupakan valve yang terletak diantara cylinder tank dan speed control.
Smart relay memberikan instruksi ke converter valve untuk melakukan pengaturan arah
aliran oli melalui pengaturan pembukaan dan penutupan tiga buah saluran yang dimiliki oleh
komponen ini. Converter valve pada sistem ini direalisasikan dengan solenoid valve dari SMC.
Pada Gambar 6(a) diperlihatkan cara kerja converter valve ketika shaft dalam kondisi turun.
Pada saat shaft naik, oli mengalir melalui saluran C (dari speed control) menuju ke cylinder
tank melalui saluran B. Dikarenakan saluran A dan B hanya dapat digunakan dalam satu
arah, maka saluran A akan dipergunakan pada kondisi menaikkan shaft. Berbeda dengan
saluran C, saluran ini dapat digunakan dalam dua arah. Pada Gambar 6 (b) diperlihatkan
smart relay yang digunakan pada system pencelup mould bag
Jurnal Reka Elkomika – 193
Desain dan Implementasi Prototipe SistemOtomasi Pencelup Mould Bag
(b)
(a)
Gambar 6(a). Prinsip aliran oli pada converter valve pada kondisi shaft turun
(b).Smart relay ZELIO SR2B201BD
C. Modul smart relay
Modul smart relay berfungsi sebagai alat pengendali seluruh sistem yang ada pada alat ini.
Smart relay yang digunakan yaitu smart relay ZELIO tipe SR2B201BD, Input 24 VDC Zelio
adalah smart relay yang dibuat oleh Schneider Telemecanique. Spesifikasi smart relay
Zelio SR2B201BD adalah sebagai berikut: memiliki 12 saluran input dan 8 saluran output
berupa relay, memiliki internal clock dan pemogramannya dapat menggunakan bahasa
diagram Ladder maupun FBD (Function Block Diagram).
D.
Sumber tegangan
Sumber tegangan DC yang dihasilkan untuk sistem ini adalah +24 Volt. Tegangan input dari
catu daya adalah 220 Volt ac yang kemudian oleh sebuah transformator tegangan
diturunkan menjadi tegangan 24 Volt ac yang digunakan untuk catudaya +24 Volt. Gambar 7
menunjukkan rangkaian sumber tegangan DC sistem ini, dimana tegangan ac yang diperoleh
dari transformator disearahkan dengan jembatan penyearah gelombang penuh
menggunakan dioda. Tegangan output stabil +24 Volt dihasilkan oleh IC regulator LM7824.
330
100 nF
Trafo
1A
1000 uF/50V
LM7824
Vin Vout
Gnd
Gambar 7. Rangkaian catu daya 24 Volt DC
2.2. Perancangan dan realisasi perangkat lunak
Pemograman yang digunakan pada smart relay ini adalah software ZelioSoft 2.Untuk
mempermudah di dalam perancangan perangkat lunak pada smart relay maka terlebih
dahulu dirancang flowchart.Flowchart yang digambarkan adalah program yang dibuat untuk
keperluan pengujian sistem yaitu pengujian jangkauan penurunan shaft untuk masingmasing pengaturan timer smart relay yang berbeda yaitu waktu 10 detik dan 20 detik.
Gambar 8 menunjukkan flowchart perangkat lunak yang telah dijelaskan di atas sehingga
mempermudah menterjemahkannya ke dalam software FBD (Function Dlock Diagram).
Jurnal Reka Elkomika – 194
Multisari, Ichwan, Rachmat
Mulai
Aktifkan timer smart relay
Atur saluran Selenoid
valve (cylinder valve
dan converter valve)
Mulai
Gambar 8. Flowchart perangkat lunak pada smart relay
3. PENGUJIAN PROTOTIPE SISTEM
Pada bagian ini dibahas metoda pengujian dan hasil pengujian prototipe sistem pencelup
mould bag ini, yaitu meneliti kondisi keluaran smart relay serta meneliti perubahan putaran
kepala potensio speed control terhadap seberapa jauh tingkat keakuratan jarak pencelupan
ke dalam cairan latex untuk dua setting waktu.
3.1. Pengujian keluaran smart relay
Pengujian keluaran smart relay dilakukan dengan menggunakan multimeter digital pada
masing-masing pin output yang akan dihubungkan dengan cylinder valve dan converter
valve. Tujuan dari pengujian ini adalah mengukur keakuratan level tegangan yang
dikeluarkan oleh setiap pin output smart relay pada kondisi aktif dan tidak aktif. Hasil
pengukuran diperlihatkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Hasil pengujian pin outputsmart relay
Kondisi smart relay
On
Off
Tegangan output smart relay [volt] pada pin:
cylinder valve
converter valve
23,98
0,3
24,1
0,4
3.2. Pengujian perubahan putaran kepala potensio speed controluntuk berbagai
setting waktu
Tujuan dari pengujian ini adalah meneliti perubahan putaran kepala potensio speed control
terhadap seberapa jauh tingkat keakuratan jarak pencelupan dan pengangkatan mould bag
(pergerakan shaft) ke dan dari cairan latex untuk berbagai setting waktu.
Prosedur pengujian:
-
Dilihat dari prosedur pencelupan mould bag, terdapat duasetting waktu yang
digunakan untuk menggerakkan shaft yaitu 10 detik untuk speed 1 (dengan jarak 80
cm) dan 20 detik untuk speed 2 (dengan jarak 20 cm).
-
Pada setiap setting waktu, diukur jarak shaft untuk setiap putaran kepala potensio
speed control dari 1 putaran hingga 10 putaran dengan perubahan 1 putaran.
Jurnal Reka Elkomika – 195
Desain dan Implementasi Prototipe SistemOtomasi Pencelup Mould Bag
A.
-
Untuk setiap putaran kepala potensio speed control, diukur jarak shaft sebanyak lima
kali.
-
Tujuan pengujian untuk menentukkan jumlah putaran kepala potensio speed control
yang diperlukan untuk setiap speed pada prosedur pencelupan mould bag.
Pengujian pada saat t = 10 detik
Pengujian dilakukan sebanyak 5 kali percobaan menggunakan 20 buah mould bag.
Hasil pengujian perubahan putaran kepala potensio speed control untuk setting
waktu 10 detik diperlihatkan pada Tabel 2.
Tabel 2. Hasil pengujian putaran speed control saat t = 10 detik
B.
Jarak Shaft [cm]
Jumlah putaran
kepala potensio
Waktu
[detik]
Tes-1
Tes-2
Tes-3
Tes-4
Tes-5
1
10
10,05
10,12
9,95
10,1
10,1
2
10
18,1
18
17,95
17,95
18
3
10
26,15
25,88
25,95
25,8
25,9
4
10
34,2
33,76
33,95
33,65
33,8
5
10
42,25
41,64
41,95
41,5
41,7
6
10
50,3
49,52
49,95
49,35
49,6
7
10
58,35
57,4
57,95
57,2
57,5
8
10
66,4
65,28
65,95
65,05
65,4
9
10
74,45
73,16
73,95
72,9
73,3
10
10
82,5
81,04
81,95
80,75
81,2
Pengujian pada saat t = 20 detik
Pengujian dilakukan sebanyak 5 kali percobaan menggunakan 20 buah mould bag.
Hasil pengujian perubahan putaran kepala potensio speed control untuk setting
waktu 20 detik diperlihatkan pada Tabel 3.
Tabel 3. Hasil pengujian putaran speed control saat t = 20 detik
Jumlah putaran
kepala potensio
Waktu
[detik]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
20
20
20
20
20
20
20
20
20
Jarak Shaft [cm]
Tes-1
5,7
11,1
16,5
21,9
40
58,1
76,2
98,5
>100
Tes-2
5,2
10,1
15
19,9
41,75
63,6
85,45
94,4
>100
Tes-3
5,5
10,3
15,1
19,9
39,8
59,7
79,6
95,75
>100
Jurnal Reka Elkomika – 196
Tes-4
4,9
9,8
14,7
19,6
40,05
60,5
80,95
98,5
>100
Tes-5
5,3
10,4
15,5
20,6
41,15
61,7
82,25
98,2
>100
Multisari, Ichwan, Rachmat
10
20
>100
>100
>100
>100
>100
4. ANALISIS SISTEM
Dari pengujian yang telah dilakukan maka dapat dianalisis pada beberapa hal yaitu:
1. Dari hasil pengujian pin output yang dilakukan dengan mengukur masing-masing pin
menggunakan multimeter digital dalam keadaan On didapatkan tegangan 24 Volt +/- 0.2
Volt, sedangkan dalam keadaan Off didapatkan tegangan 0 Volt +/- 0.2 Volt. Hasil ini
menunjukkan bahwa pin-pin output smart relay ini dalam kondisi baik.
2. Pada saat t = 10 detik dengan menggunakan 20 mould bag yang dilakukan sebanyak 5
kali didapat bahwa speed control harus diputar sebanyak 10 putaran untuk mendapatkan
jarak 80 cm (speed 1). Dalam hasil pengujian terdapat perbedaan jarak antara 0.75 – 2.5
mm untuk speed 1.Hal tersebut disebabkan oleh ketidak stabilan gerakan shaft
cylinderpneumatic. Namun perbedaan jarak tersebut masih dalam jarak toleransi yang
diperbolehkan.
3. Pengujian pada saat t = 20 detik dengan menggunakan 20 mould bag yang dilakukan
sebanyak 5 kali didapat bahwa hasil putaran motor DC terhadap speed control harus
diputar sebanyak 4 putaran untuk mendapatkan jarak 20 cm ( speed 2). Dalam hasil
pengujian terdapat perbedaan jarak -0.4 - 2 mm hal tersebut disebabkan oleh ketidak
stabilan gerakan shaft cylinderpneumatic. Namun perbedaan jarak tersebut masih dalam
jarak toleransi yang diperbolehkan.
5. KESIMPULAN
Beberapa kesimpulan dapat diambil dari proses pengujian dan realisasi sistem, yaitu:
1. Sistem modul penggerak pneumaticair hydro dengan diameter cylinder (ds) = 140 mm,
diameter piston (dp) = 139,79 mm dan tinggi cylinder 114 cm diperlukan untuk
merealisasikan sistem pencelup mould bag dengan berat beban total sebesar lebih
kurang 9 (sembilan) ton. Dengan sistem penggerak jenis ini maka akan diperoleh sistem
dengan gerakan yang mulus, kuat dan respon yang cepat.
2. Speed control harus diputar sebanyak 10 putaran dan mesin diaktifkan selama 10 detik
untuk mendapatkan jarak dalam range 80 cm.
3. Speed control harus diputar sebanyak 4 putaran dan mesin diaktifkan selama 20 detik
untuk mendapatkan jarak dalam range 20 cm.
Dengan hasil ini maka dapat dinyatakan bahwa spesifikasi pneumatic air hydro dengan
diameter cylinder 140 mm telah dapat menahan beban seberat lebih kurang 9 (sembilan)
ton. Dengan demikian, sistem ini dapat dikembangkan untuk proses implementasi prosedur
produksi berikutnya yaitu prosedur pengangkatan mould bag dari cairan latex (prosedur 3
sampai dengan prosedur 5) agar menghasilkan karet bladder dengan ketebalan yang
ditentukan.
Dalam pengembangan sistem berikutnya, diperlukan pula suatu pengontrolan untuk
pembukaan kepala potensio speed control secara otomatis. Selain itu, diperlukan juga suatu
backup sistem elektronik untuk melakukan pencegahan ketika terjadi gangguan pada koneksi
listrik pada saat proses produksi berlangsung.
REFERENSI
Nurse with a smile. (2014).http://nurse-with-a-smile.tumblr.com/post/24620674767/fact-thebladder-of-the-blood-pressure-cuff (diakses: 8 Agustus 2014)
Jurnal Reka Elkomika – 197
Desain dan Implementasi Prototipe SistemOtomasi Pencelup Mould Bag
Muachir, A. (2012). Aplikasi industri Pneumatik,
pneumaticstnc.blogspot.com/2012/11/sekarang-ini-hidup-kita-di-permudah.html.
(diakses: 25 Agustus 2014).
BalTec co. (2004). Multipower: pneumatic cylinders, air cylinders, hydro-pneumatic cylinders.
http://www.baltecusa.net/hydropneumatic_cylinders.html. (diakses:14 Agustus 2014).
Festo. (2012). Pneumatic Basic Level: Festo Workbook TP
didactic.com/ov3/media/customers/1100/541088_leseprobe_en.pdf.
Agustus 2014).
101.www.festo(diakses:
25
Sumarman.(2012). Perhitungan dan perencanaan komponen
pneumatik.http://klikdesignku.blogspot.com/2012/03/perhitungan-dan-perencanaankomponen.html?m=1 (diakses: 25 Agustus 2014)
Jurnal Reka Elkomika – 198